전자공학회논문지 (Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers)

  • 제49권11호
  • /
  • Pages.110-117
  • /
  • 2012
  • /
  • 2287-5026(pISSN)
  • /
  • 2288-159X(eISSN)
대한전자공학회 (The Institute of Electronics and Information Engineers)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

얕은 수심에서 동작하는 소형 수중 디바이스를 위한 음향 모뎀 설계 및 구현

Design and Implementation of an Acoustic Modem for Small Underwater Devices Operating at Shallow Water

  • 전준호 (강릉원주대학교 전자공학과) ;
  • 박성준 (강릉원주대학교 전자공학과)
  • Jeon, Jun-Ho (Department of Electronic Engineering, Gangneung-Wonju National University) ;
  • Park, Sung-Joon (Department of Electronic Engineering, Gangneung-Wonju National University)
  • 투고 : 2012.10.17
  • 발행 : 2012.11.25
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

내수면 및 연근해에서 수질 오염 감시, 수중 생태 관찰, 수중 침입 감지 등을 효과적으로 수행하는 시스템이 요구됨에 따라 근거리 수중 음파 통신을 수행하는 음향 모뎀에 대한 관심도 증대되고 있다. 얕은 수심에서는 음파의 수중 전달 과정에서 발생하는 확산, 흡수, 반사, 산란 등에 의해 채널 해석이 용이하지 않으며 음향 모뎀의 개발 사례 및 성능이 매우 제한적이다. 또한, 얕은 수심에서 수중 음파 통신 시스템을 구성할 경우 고정형 수중 노드 및 이동형 수중 이동체에 탑재되는 수중 모뎀의 크기에 대한 제약이 존재한다. 본 논문에서는 수중 채널에서 음파의 전송 중 발생하는 손실에 대해 고찰하고, 고정형 및 이동형 근거리 수중 음파 통신에 적합한 고효율 초소형 음향 모뎀을 설계 구현한다. 개발한 수중 음향 모뎀을 활용하여 최대 500 미터, 2 kbps의 전송속도로 수심이 얕은 호수에서 실증 실험을 실시함으로써 적용 가능성을 검증한다.

As the demand for underwater systems providing pollution monitoring, marine ecosystem observation, surveillance monitoring is increased, acoustic modem for short-range underwater communication is spotlighted as one of significant research topics. Typically, in shallow water, it is so hard to analyze acoustic wave which undergoes spreading, absorption, reflection and scattering through transmission that there are limited advanced results. Furthermore, in order for the modem to be loaded in a fixed node or a moving vehicle in shallow water, its size should be small enough. In this paper, we address underwater acoustic channel model and design and implement an efficient micro acoustic modem which is adequate for short-range underwater communication. The developed modem is verified in a lake by varying working range and data rate up to 500 meters and 2 kbps, respectively.

키워드

참고문헌

  1. Benthos, Inc., http://www.teledynebenthos.com
  2. LinkQuest, Inc., http://www.link-quest.com
  3. I. F. Akyildiz, D. Pompili and T. Melodia, "Underwater Acoustic Sensor Networks: Research Challenges," Ad Hoc Networks, vol. 3, no. 2, pp. 257-279, Feb. 2005. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2005.01.004
  4. J. H. Cui, J. Kong, M. Gerla and S. Zhou, "Challenges: Building scalable and distributed underwater wireless sensor networks (UWSNs) for Auqatic Application," UCONN CSE Technical Report, Jan. 2005.
  5. S. Pandya, J. Engel, J. Chen, Z. Fan and C. Liu, "CORAL: miniature acoustic communication subsystem architecture for underwater wireless sensor networks," in Proc. IEEE Sensors, Irvine, CA, pp. 163-166, Oct. 2005.
  6. Moo-Kwang Byeon, Bo-Won Kim, Jun-Ho Jeon and Sung-Joon Park, "Design and implementation of high-speed communication modem using ultrasonic sensors for underwater sensor networks," in Proc. MTS/IEEE OCEANS 2008, Quebec, Canada, Sep. 2008.
  7. WHOI, http://acomms.whoi.edu
  8. Tritech, Inc., http://www.tritech.co.uk
  9. Jun-Ho Jeon, Tae-Hee Won, Hunchul Cho and Sung-Joon Park, "Implementation of a micro-modem for underwater wireless sensor networks," in Proc. IEEE OCEANS, Santander, Spain, Jun. 2011.
  10. 전준호, 박성준, "수중 환경 및 생태 실시간 모니 터링을 위한 초소형 수중 음향통신 모뎀 개발," 대한전자공학회 논문지, CI편 48권 11호, 2011년 11 월.
  11. B. Li, S. Zhou, M. Stojanovic, L. Freitag and P. Willett, "Multicarrier communication over underwater acoustic channels with nonuniform Doppler shifts," IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 33, no. 2, pp. 198-209, Apr. 2008. https://doi.org/10.1109/JOE.2008.920471
  12. H. Yan, S. Zhou, Z. Shi, J.-H. Cui, L. Wan, J. Huang and H. Zhou, "DSP implementation of SISO and MIMO OFDM acoustic modems," in Proc. MTS/IEEE OCEANS, Sydney, Australia, May 2011.
  13. L. E. Kinsler, A. R. Frey, A. B. Coppens and J. V. Sanders, Fundamentals of Acoustics, John Wiley & Sons, 4th ed.
  14. M. Crocker, Encyclopedia of Acoustics, John Wiley & Sons, 1997.
  15. Reson, Inc., http://www.reson.com

피인용 문헌

  1. Underwater Acoustic Communication Using Nonlinear Chirp Signal vol.33, pp.4, 2014, https://doi.org/10.7776/ASK.2014.33.4.255
  2. DSP 기반 초소형 수중 음향통신 모뎀 vol.c39, pp.3, 2012, https://doi.org/10.7840/kics.2014.39c.3.275
  3. 다중 직교 특성을 갖는 FH-MFSK 방식의 수중음향통신 vol.33, pp.6, 2012, https://doi.org/10.7776/ask.2014.33.6.407